第二章材料设备的腐蚀课件.ppt

1、第二章第二章 材料设备的腐蚀、防护与保温材料设备的腐蚀、防护与保温 第一节第一节 材料设备的腐蚀及原理材料设备的腐蚀及原理 一、一、概述概述 （一）腐蚀（一）腐蚀材料材料与它所处与它所处环境介质环境介质之间发生之间发生作用而引起材料的作用而引起材料的变质和破坏变质和破坏的现象称为腐蚀。的现象称为腐蚀。材料材料金属金属非金属非金属腐蚀性介质腐蚀性介质电解质溶液电解质溶液非电解质溶液非电解质溶液非极性有机溶剂非极性有机溶剂致蚀因素致蚀因素化学、电化学作用化学、电化学作用物理作用物理作用生物作用生物作用机械载荷机械载荷 1）经济损失巨大）经济损失巨大。根据各个国家统计情况，腐蚀造成的直接经济损失根据

2、各个国家统计情况，腐蚀造成的直接经济损失约占国民经济生产总值的约占国民经济生产总值的35%。2)资源和能源浪费严重。资源和能源浪费严重。据估计，全世界每年冶炼的金属中，约有据估计，全世界每年冶炼的金属中，约有1/3由于腐由于腐蚀而报废。蚀而报废。n 3)引发灾难性事故。引发灾难性事故。如生产设备爆炸，油田起火，桥梁断裂，舰船沉没等。如生产设备爆炸，油田起火，桥梁断裂，舰船沉没等。n 4)造成环境污染。造成环境污染。腐蚀造成生产过程中的腐蚀造成生产过程中的“跑，冒，滴，漏跑，冒，滴，漏”可能会使可能会使许多易燃，易爆，有毒，有害物质泄露，污染环境。许多易燃，易爆，有毒，有害物质泄露，污染环境。（

3、二）腐蚀危害（二）腐蚀危害（三）（三）腐蚀与防护科学的发展腐蚀与防护科学的发展18世纪下半叶，法拉第电世纪下半叶，法拉第电解定律、得解定律、得拉拉李夫电化李夫电化学腐蚀理论学腐蚀理论 第一次世界大战后阴第一次世界大战后阴极保护法的发展。极保护法的发展。20世纪世纪30年代美国年代美国石油工业的迅速发展，石油工业的迅速发展，推动了不锈钢和耐蚀推动了不锈钢和耐蚀合金以及缓蚀剂的研合金以及缓蚀剂的研究与应用。究与应用。腐蚀电池存腐蚀电池存在于金属表在于金属表面的实验证面的实验证明等一系列明等一系列重要而杰出重要而杰出的研究成果的研究成果 近近30多多年多学年多学科交叉科交叉研究。研究。二、二、腐蚀基

4、本原理腐蚀基本原理n（一）（一）金属的化学腐蚀金属的化学腐蚀n金属的化学腐蚀金属的化学腐蚀金属与环境介质发生金属与环境介质发生化学化学作用，作用，生成金属化合物并使材料性能退化的现生成金属化合物并使材料性能退化的现象。象。n特点特点：金属的氧化和环境介质的还原同时发生，：金属的氧化和环境介质的还原同时发生，它们之间的电子交换直接进行。它们之间的电子交换直接进行。范围广范围广，包括，包括干燥气体介质干燥气体介质的腐蚀（氧化、硫化、卤化、氢的腐蚀（氧化、硫化、卤化、氢蚀等）、蚀等）、液体介质液体介质（非电解质溶液、液态金属、（非电解质溶液、液态金属、低熔点氧化物）的腐蚀等。低熔点氧化物）的腐蚀等。

5、1、金属氧化及其氧化膜、金属氧化及其氧化膜n一定温度下，金属氧化反应的进行取决于金属氧化物的分解压与环境一定温度下，金属氧化反应的进行取决于金属氧化物的分解压与环境 中氧分压的相对大小。中氧分压的相对大小。若金属氧化物的分解压若金属氧化物的分解压低于低于空气中氧的分压空气中氧的分压 （0.022MPa)，该金属就可能在空气中氧化。，该金属就可能在空气中氧化。n金属表面氧化形成的金属表面氧化形成的氧化膜氧化膜阻隔了金属与介质间的物质传递，将减慢阻隔了金属与介质间的物质传递，将减慢 金属继续氧化的速度。但金属氧化膜要对金属起到良好的保护作用，金属继续氧化的速度。但金属氧化膜要对金属起到良好的保护作

6、用，必须满足以下必须满足以下条件条件：n1）生成的金属膜必须）生成的金属膜必须致密、完整致密、完整，能完全遮住金属表面。，能完全遮住金属表面。n2）金属氧化膜）金属氧化膜稳定、难熔、不挥发稳定、难熔、不挥发，不易与介质作用而被破坏。，不易与介质作用而被破坏。n3）氧化膜）氧化膜与基体结合良好与基体结合良好，有相近的热胀系数，不会自行或受外界，有相近的热胀系数，不会自行或受外界 作用而脱落。作用而脱落。n4）氧化膜有）氧化膜有足够的强度、塑性足够的强度、塑性，足以经受一定的应力、应变的作用。，足以经受一定的应力、应变的作用。2、钢铁的气体腐蚀、钢铁的气体腐蚀n腐蚀类型有腐蚀类型有高温氧化高温氧化

7、、脱碳、脱碳、氢蚀氢蚀等。等。n1）高温氧化）高温氧化43OFeFe32OFe43OFe32OFeFeO (a)570以下以下 （b)570以上以上 图图1 铁在空气中加热时表面氧化膜的组成示意铁在空气中加热时表面氧化膜的组成示意Fe好结构致密，保护作用较氧化速度急剧增大。迁移，金属离子和氧离子容易度高，结构疏松，晶格缺陷密FeO2）脱碳）脱碳n在腐蚀过程中，与氧化皮层相连的内层将发在腐蚀过程中，与氧化皮层相连的内层将发生渗碳体减少的现象。生渗碳体减少的现象。原因原因是：渗碳体与介是：渗碳体与介质中氧、氢、二氧化碳、水等作用的结果。质中氧、氢、二氧化碳、水等作用的结果。223232332332

8、1HCOFeOHCFeCOFeCOCFeCOFeOCFe脱碳作用生成的气体降低了膜的保护作用，加快了腐蚀的进行。同时，渗碳体的减少，脱碳作用生成的气体降低了膜的保护作用，加快了腐蚀的进行。同时，渗碳体的减少，大大降低了表面层的硬度、强度、耐磨性及疲劳极限，从而降低了设备或零件的使用寿大大降低了表面层的硬度、强度、耐磨性及疲劳极限，从而降低了设备或零件的使用寿命。命。增加气体介质中一氧化碳和甲烷的含量，或在钢中添加铝和钨都会削弱增加气体介质中一氧化碳和甲烷的含量，或在钢中添加铝和钨都会削弱脱碳作用。脱碳作用。3）氢蚀）氢蚀n温度超过温度超过200300，压力高于压力高于30.4MPa时，氢将对钢

9、产生时，氢将对钢产生显著作用，使钢剧烈脆化，造成氢蚀。显著作用，使钢剧烈脆化，造成氢蚀。n钢的氢蚀包括钢的氢蚀包括可逆氢脆可逆氢脆和和氢蚀氢蚀两个阶段两个阶段n可逆氢脆阶段：可逆氢脆阶段：氢被钢表面吸收，并以原子状态沿晶界向钢的氢被钢表面吸收，并以原子状态沿晶界向钢的内部扩散。降低了钢的韧性，使钢变脆。可逆性表现在：当钢内部扩散。降低了钢的韧性，使钢变脆。可逆性表现在：当钢材在材在200300加热或常温下长时间静置，其韧性又可部分加热或常温下长时间静置，其韧性又可部分或全部恢复。或全部恢复。n氢蚀阶段：氢蚀阶段：反应产物甲烷的积聚，在钢内部产生很大的内应力，使晶界产反应产物甲烷的积聚，在钢内部

10、产生很大的内应力，使晶界产生裂纹，内部出现龟裂，表面出现许多鼓泡。这种作用大大降生裂纹，内部出现龟裂，表面出现许多鼓泡。这种作用大大降低了钢的强度和韧性，导致永久脆化。低了钢的强度和韧性，导致永久脆化。n措施：措施：通过降低钢中的含碳量或加入合金元素形成稳定的碳化通过降低钢中的含碳量或加入合金元素形成稳定的碳化物，可提高钢的抗氢蚀能力。物，可提高钢的抗氢蚀能力。42332CHFeHCFe3、防止钢铁气体腐蚀的方法、防止钢铁气体腐蚀的方法n防止钢铁气体腐蚀主要有防止钢铁气体腐蚀主要有合金化、合金化、改善介质改善介质和和应用保护性覆盖层应用保护性覆盖层三种方法。三种方法。n1）合金化合金化 元素元

11、素Cr、Al、Si是改善钢铁材料抗氧化性能最有效的合金元素。与氧生成稳定、是改善钢铁材料抗氧化性能最有效的合金元素。与氧生成稳定、结结构致密的有效保护层，构致密的有效保护层，阻滞金属离子和阳离子的扩散，大幅度提高钢的抗氧化性。阻滞金属离子和阳离子的扩散，大幅度提高钢的抗氧化性。n2）改善介质）改善介质 通过设法改善介质成分，可以减轻乃至消除某些特定环境条件下的腐蚀危害。如炼油通过设法改善介质成分，可以减轻乃至消除某些特定环境条件下的腐蚀危害。如炼油设备中，通过减少或清除介质中的含硫气体，可大大减轻设备的腐蚀程度，延长其使用设备中，通过减少或清除介质中的含硫气体，可大大减轻设备的腐蚀程度，延长其

12、使用寿命。寿命。n3）应用保护性覆盖层）应用保护性覆盖层 利用金属或非金属涂层将金属和气体介质隔离开来，是防止气体腐蚀的有效途径。利用金属或非金属涂层将金属和气体介质隔离开来，是防止气体腐蚀的有效途径。热扩散法热扩散法抗氧化合金元素的表面合金化。热喷涂、等离子喷涂抗氧化合金元素的表面合金化。热喷涂、等离子喷涂23232,SiOOAlOCr（二）金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀n（1）金属的电化学腐蚀及发生条件）金属的电化学腐蚀及发生条件n金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀金属在金属在电解质介质电解质介质中发中发生的腐蚀。生的腐蚀。腐蚀原电池电极电位的比较电极电位的比较n工业上应用的金属或合金化学

13、成分不一、组织结构不一、物理状工业上应用的金属或合金化学成分不一、组织结构不一、物理状 态不一、表面氧化膜不完整，引起金属表面电极电位不同，在电态不一、表面氧化膜不完整，引起金属表面电极电位不同，在电 解质溶液中形成解质溶液中形成腐蚀原电池腐蚀原电池。n电极电位电极电位 低低 高高 金属金属 非金属非金属 铁素体铁素体 渗碳体渗碳体 高应力区高应力区 低应力区低应力区 无保护膜区域无保护膜区域 有保护膜区域有保护膜区域 温度较高部位温度较高部位 温度较低部位温度较低部位电极电位较低的金属形成阳极，不断溶解。在阳极上多出的电子，电极电位较低的金属形成阳极，不断溶解。在阳极上多出的电子，通过金属内

14、部流向电极电位较高的通过金属内部流向电极电位较高的阴极阴极。金属在水溶液中的腐蚀倾向、腐蚀产金属在水溶液中的腐蚀倾向、腐蚀产 物以及指示防止腐蚀的可能途径物以及指示防止腐蚀的可能途径简图体系的电位pHEOHFe2避免铁的腐蚀应采取的措施：避免铁的腐蚀应采取的措施：1）对铁施行阴极保护，将）对铁施行阴极保护，将铁的电极电位降至非腐蚀铁的电极电位降至非腐蚀区。区。2）使用阳极保护或在溶液）使用阳极保护或在溶液中添加阳极型缓蚀剂，将中添加阳极型缓蚀剂，将铁的电极电位升高，进入铁的电极电位升高，进入钝化区。钝化区。3）调整溶液）调整溶液pH范围为范围为813，使铁进入钝化区。，使铁进入钝化区。（2）极

15、化）极化n腐蚀原电池电极过程中的腐蚀原电池电极过程中的极化现象极化现象是是控制控制金属金属电化学电化学 腐蚀速度腐蚀速度的一个重要因素。的一个重要因素。n极化极化原电池由于电流通过，使其阴极和阳极的电原电池由于电流通过，使其阴极和阳极的电 极电位偏离其起始电位值的现象。极电位偏离其起始电位值的现象。n阴极极化阴极极化电流流过阴极使阴极电位电流流过阴极使阴极电位降低降低的现象。的现象。n极化减少了电池两极之间的电位差，导致金属腐蚀速度的降低。极化减少了电池两极之间的电位差，导致金属腐蚀速度的降低。n极化机理：极化机理：1）活化极化活化极化：当电流通过电极时，因电化学反应迟缓而造成电极电位偏离平衡

16、电位：当电流通过电极时，因电化学反应迟缓而造成电极电位偏离平衡电位的现象。的现象。2）浓差极化：浓差极化：当电流通过电极时，因电极反应物输运迟缓而造成电极电位偏离平衡当电流通过电极时，因电极反应物输运迟缓而造成电极电位偏离平衡电位的现象。电位的现象。3）电阻极化：电阻极化：是由于在电极表面上生成了具有保护作用的氧化膜或不溶性的腐蚀产是由于在电极表面上生成了具有保护作用的氧化膜或不溶性的腐蚀产物等引起的。物等引起的。（3）钝化）钝化n钝化钝化金属与介质作用后，失去其化学活性，变得金属与介质作用后，失去其化学活性，变得 更为稳定的现象。钝化能千百倍地提高金属的耐蚀性。更为稳定的现象。钝化能千百倍地

17、提高金属的耐蚀性。n铁、铬、镍、钼、钽、铌、钨铁、铬、镍、钼、钽、铌、钨等许多金属在等许多金属在氧化性介氧化性介 质质（硝酸、硝酸银、重铬酸钾、高锰酸钾等）、（硝酸、硝酸银、重铬酸钾、高锰酸钾等）、非氧非氧 化性介质化性介质（醋酸、柠檬酸、盐酸、氢氟酸）中都可钝（醋酸、柠檬酸、盐酸、氢氟酸）中都可钝 化，不过有的易钝化、有的难钝化。化，不过有的易钝化、有的难钝化。n钝化机理钝化机理：1）成相膜理论）成相膜理论2）吸附理论）吸附理论（4）氢去极化腐蚀）氢去极化腐蚀n氢去极化腐蚀氢去极化腐蚀（析氢腐蚀析氢腐蚀）以氢离子还原反应为阴极过程的腐蚀。以氢离子还原反应为阴极过程的腐蚀。n氢电极的平衡电位可

18、由能斯特方程计算。氢电极的平衡电位可由能斯特方程计算。25、pH7的中性溶液中的中性溶液中 电极电位比电极电位比-0.413更负的金属，便可发生析氢腐蚀。更负的金属，便可发生析氢腐蚀。一般一般负电性金属负电性金属在在非氧化性酸和氧化性较弱的酸中非氧化性酸和氧化性较弱的酸中，以及，以及电极电位很负的电极电位很负的碱碱金属和碱土金属金属和碱土金属在在中性和弱碱性溶液中性和弱碱性溶液中的腐蚀都属于中的腐蚀都属于氢去极化腐蚀氢去极化腐蚀。pHEHe059.0,VEHe413.0,氢去极化腐蚀氢去极化腐蚀步骤步骤：1）水化氢离子脱水）水化氢离子脱水2）形成吸附氢原子）形成吸附氢原子3）吸附氢原子脱附）吸

19、附氢原子脱附4）氢分子形成气泡，）氢分子形成气泡，从表面逸出。从表面逸出。OnHHOnHH22MHeMH)(MHMHMH22影响氢去极化腐蚀的因素影响氢去极化腐蚀的因素1）金属材料的性状）金属材料的性状 材料与表面状态不同，影响氢过电位值的大小。氢过电材料与表面状态不同，影响氢过电位值的大小。氢过电位值愈大，氢去极化腐蚀速度愈小，反之亦然。位值愈大，氢去极化腐蚀速度愈小，反之亦然。2）溶液的）溶液的pH值值 pH值减小，氢离子浓度增大，氢电极电位变得更正，加值减小，氢离子浓度增大，氢电极电位变得更正，加速了金属腐蚀。速了金属腐蚀。3）阴极面积）阴极面积 阴极面积增加，氢过电位减小，阴极极化率降

20、低，析氢反阴极面积增加，氢过电位减小，阴极极化率降低，析氢反应加快，导致腐蚀速度增大。应加快，导致腐蚀速度增大。4）温度）温度 腐蚀速度随温度的升高而增大。腐蚀速度随温度的升高而增大。（5）氧去极化腐蚀）氧去极化腐蚀（吸氧腐蚀）（吸氧腐蚀）n氧去极化腐蚀氧去极化腐蚀中性和碱性溶液中性和碱性溶液中，氢离子浓度较低，析氢反应中，氢离子浓度较低，析氢反应 电位较负，一般金属腐蚀过程的阴极反应是溶液中电位较负，一般金属腐蚀过程的阴极反应是溶液中氧的还原反应氧的还原反应。n发生吸氧腐蚀的条件发生吸氧腐蚀的条件：金属的电极电位较氧电极的平衡电位为负：金属的电极电位较氧电极的平衡电位为负n对于对于pH7的中

21、性水溶液，大气压下氧的分压为的中性水溶液，大气压下氧的分压为21.278kPa，根，根 据能斯特方程，氧电极的平衡电位为据能斯特方程，氧电极的平衡电位为n对于那些电极电位低于对于那些电极电位低于0.804v的金属，便有可能发生吸氧腐蚀。的金属，便有可能发生吸氧腐蚀。n大多数金属和合金在中性和碱性溶液中，以及少数正电性金属在有溶大多数金属和合金在中性和碱性溶液中，以及少数正电性金属在有溶 解氧的酸性溶液中的腐蚀都属于氧去极化腐蚀。解氧的酸性溶液中的腐蚀都属于氧去极化腐蚀。VOHPnFRTEEOOeOe804.01021.0lg4059.0401.0lg4740,2氧去极化腐蚀氧去极化腐蚀步骤步骤

22、n氧通过气氧通过气/液界面传质，由空气进入溶液；液界面传质，由空气进入溶液；n溶解氧通过对流扩散均布在溶液中；溶解氧通过对流扩散均布在溶液中；n氧以扩散方式通过电极表面的扩散层，到达氧以扩散方式通过电极表面的扩散层，到达 金属的表面；金属的表面；n氧在金属表面进行还原反应。氧在金属表面进行还原反应。氧去极化腐蚀的氧去极化腐蚀的影响因素影响因素n阳极材料的电极电位阳极材料的电极电位氧去极化腐蚀速度随阳极材料电极电位的氧去极化腐蚀速度随阳极材料电极电位的降低降低而而增大增大。n溶解氧浓度溶解氧浓度 溶解氧浓度增大，氧的平衡电位升高，极限扩散电流密度增大，氧的去极化腐蚀速度增大。但溶解氧浓度增大，氧

23、的平衡电位升高，极限扩散电流密度增大，氧的去极化腐蚀速度增大。但当溶解氧浓度提高到使腐蚀电流密度达到该金属的临界钝化电流密度时，金属将由活化溶解当溶解氧浓度提高到使腐蚀电流密度达到该金属的临界钝化电流密度时，金属将由活化溶解态向钝化态转化，其腐蚀速度就会显著降低。态向钝化态转化，其腐蚀速度就会显著降低。n溶液流速溶液流速 溶液流速越大，扩散层厚度越小，极限扩散电流密度越大，腐蚀速度越大。但当流速增大到溶液流速越大，扩散层厚度越小，极限扩散电流密度越大，腐蚀速度越大。但当流速增大到氧的还原反应不再受浓差极化控制时，腐蚀速度便与流速无关。氧的还原反应不再受浓差极化控制时，腐蚀速度便与流速无关。n盐

24、浓度盐浓度 随盐浓度的增大，溶液的电导率增大，腐蚀速度将有所提高。但当盐浓度高到一定随盐浓度的增大，溶液的电导率增大，腐蚀速度将有所提高。但当盐浓度高到一定程度后，由于氧的溶解度显著降低，腐蚀速度反而会随盐浓度的提高而减慢。程度后，由于氧的溶解度显著降低，腐蚀速度反而会随盐浓度的提高而减慢。n温度温度 一定温度范围内，随温度升高腐蚀速度加快。对于敞口体系，温度升高又会降低氧一定温度范围内，随温度升高腐蚀速度加快。对于敞口体系，温度升高又会降低氧的溶解度，使金属腐蚀速度减小；对于封闭体系，随温度升高，腐蚀速度单调增大。的溶解度，使金属腐蚀速度减小；对于封闭体系，随温度升高，腐蚀速度单调增大。（三

25、）（三）金属腐蚀破坏的形态金属腐蚀破坏的形态金属腐蚀金属腐蚀全面腐蚀全面腐蚀局部腐蚀局部腐蚀电偶腐蚀电偶腐蚀小孔腐蚀小孔腐蚀缝隙腐蚀缝隙腐蚀晶间腐蚀晶间腐蚀微生物腐蚀微生物腐蚀选择性腐蚀选择性腐蚀应力腐蚀应力腐蚀腐蚀疲劳腐蚀疲劳磨损腐蚀磨损腐蚀1、全面腐蚀、全面腐蚀n全面腐蚀特征：全面腐蚀特征：n1）腐蚀分布在整个金属表面）腐蚀分布在整个金属表面。纯金属及成分。纯金属及成分 组织均匀的合金在均匀的介质环境中表现出全面腐组织均匀的合金在均匀的介质环境中表现出全面腐 蚀特征。蚀特征。n2）腐蚀电池的阴极、阳极面积尺寸非常微小且紧）腐蚀电池的阴极、阳极面积尺寸非常微小且紧密相连。密相连。同时金属表面

26、由于能量起伏，各点势能随同时金属表面由于能量起伏，各点势能随时间变化，使微阴极和微阳极处于不断变化之中，时间变化，使微阴极和微阳极处于不断变化之中，从而导致整个金属表面都受到腐蚀。从而导致整个金属表面都受到腐蚀。n3）容易观察和测量。）容易观察和测量。采用适当的方法可以有效控制住金属采用适当的方法可以有效控制住金属的全面腐蚀。的全面腐蚀。2、局部腐蚀、局部腐蚀n局部腐蚀局部腐蚀腐蚀集中在金属表面局部区域，而腐蚀集中在金属表面局部区域，而其他大部分表面几乎不腐蚀。化工、机械行业的其他大部分表面几乎不腐蚀。化工、机械行业的腐蚀破坏事例中，局部腐蚀占了腐蚀破坏事例中，局部腐蚀占了80以上以上。n特征

27、（特征（1）存在着可以明确辨识和比较固定的宏存在着可以明确辨识和比较固定的宏 观或微观腐蚀电池的阳极区和阴极区；观或微观腐蚀电池的阳极区和阴极区；n特征（特征（2）腐蚀电池的阳极区面积相对较小，但腐蚀电池的阳极区面积相对较小，但 局部受蚀可能非常严重；局部受蚀可能非常严重；n特征（特征（3）电化学过程往往具有自催化性，使局电化学过程往往具有自催化性，使局 部腐蚀能够持续地加速进行。部腐蚀能够持续地加速进行。金属腐蚀图片（1）电偶腐蚀（接触腐蚀，双金属腐蚀）电偶腐蚀（接触腐蚀，双金属腐蚀）n电偶腐蚀电偶腐蚀两种金属在同一介质中接触，由于腐蚀电位不等，它们之两种金属在同一介质中接触，由于腐蚀电位不

28、等，它们之 间便有电偶电流流动，使电位较低的金属溶解速度加快，造成接触处的间便有电偶电流流动，使电位较低的金属溶解速度加快，造成接触处的 局部腐蚀；而电位较高的金属，溶解速度反而减少。局部腐蚀；而电位较高的金属，溶解速度反而减少。n如黄铜零件和纯铜管接触、铜和铝等轻金属接触、碳钢和不锈钢接触等如黄铜零件和纯铜管接触、铜和铝等轻金属接触、碳钢和不锈钢接触等 都会形成电偶腐蚀。都会形成电偶腐蚀。n避免电偶腐蚀的避免电偶腐蚀的措施措施：nA)正确选材正确选材（设计时尽量避免异种合金互相接触、对相异合金施以相同（设计时尽量避免异种合金互相接触、对相异合金施以相同 的镀层、用绝缘性表面保护层以及绝缘材料

29、垫圈等）的镀层、用绝缘性表面保护层以及绝缘材料垫圈等）nB)消除面积效应消除面积效应 电偶对中阴极金属与阳极金属面积比，对电偶腐蚀影响极大。大阴极小电偶对中阴极金属与阳极金属面积比，对电偶腐蚀影响极大。大阴极小阳极的电偶，将使阴极电流密度剧增，造成严重腐蚀，结构设计上应避阳极的电偶，将使阴极电流密度剧增，造成严重腐蚀，结构设计上应避免这种情况。使用涂料时，应将涂料涂刷于阴极金属上，这样可以显著免这种情况。使用涂料时，应将涂料涂刷于阴极金属上，这样可以显著减少阴极面积。减少阴极面积。C)添加适量缓蚀剂添加适量缓蚀剂可有效控制电偶腐蚀。可有效控制电偶腐蚀。(2）小孔腐蚀（孔蚀，点蚀）小孔腐蚀（孔蚀

30、，点蚀）n孔蚀孔蚀在金属表面局部地区出现向深处发展在金属表面局部地区出现向深处发展的腐蚀小孔，而其余地区不被腐蚀或者只有轻的腐蚀小孔，而其余地区不被腐蚀或者只有轻微的腐蚀，这种腐蚀形态称为微的腐蚀，这种腐蚀形态称为点蚀点蚀。n大多数金属，尤其是易钝化金属大多数金属，尤其是易钝化金属，如不锈钢、，如不锈钢、铝及铝合金、钛及钛合金，以及表面防护层中铝及铝合金、钛及钛合金，以及表面防护层中有孔隙的碳钢，有孔隙的碳钢，在含氯离子的大多数介质在含氯离子的大多数介质中都中都有发生孔蚀的可能。有发生孔蚀的可能。n孔蚀能诱发其他形式局部腐蚀，如孔蚀能诱发其他形式局部腐蚀，如应力腐蚀和应力腐蚀和腐蚀疲劳等。腐蚀

31、疲劳等。孔蚀过程孔蚀过程孔蚀的影响因素及控制方法孔蚀的影响因素及控制方法 a)合金的成分和组织合金的成分和组织 含钼、氮及较高铬量的不锈钢具有良好含钼、氮及较高铬量的不锈钢具有良好的耐孔蚀性能；奥氏体不锈钢比铁素体不锈钢和马氏体不锈钢耐的耐孔蚀性能；奥氏体不锈钢比铁素体不锈钢和马氏体不锈钢耐孔蚀性能好；孔蚀性能好；*通过减少碳含量和硫化物夹杂，可以进一步提高通过减少碳含量和硫化物夹杂，可以进一步提高钢的耐孔蚀性能。钢的耐孔蚀性能。b)介质的组成和状况介质的组成和状况 大多数的孔蚀是在含有卤族元素化合物大多数的孔蚀是在含有卤族元素化合物(如：三氯化铁、氯化汞等）的介质中发生的。为预防孔蚀应如：三

32、氯化铁、氯化汞等）的介质中发生的。为预防孔蚀应 i)尽量尽量降低介质中卤素降低介质中卤素，特别是氯，特别是氯离子浓度离子浓度。ii)在碱性介质中，在碱性介质中，随着随着pH值升高值升高，金属对孔蚀的抗力增强。，金属对孔蚀的抗力增强。iii)对溶液进行对溶液进行搅拌、搅拌、循环或通气循环或通气也有利于预防和减轻孔蚀。也有利于预防和减轻孔蚀。c)缓蚀剂缓蚀剂 硝酸盐、铬酸盐、硫酸盐及碱硝酸盐、铬酸盐、硫酸盐及碱等能增加钝化膜的稳定性等能增加钝化膜的稳定性或有利于受损的钝化膜的再钝化，因而都是有效防止孔蚀的缓或有利于受损的钝化膜的再钝化，因而都是有效防止孔蚀的缓蚀剂。蚀剂。d)阴极保护阴极保护 利用

33、阴极保护法，使金属的电极电位控制在孔蚀保利用阴极保护法，使金属的电极电位控制在孔蚀保护电位以下，就可以抑制孔蚀。护电位以下，就可以抑制孔蚀。(3)缝隙腐蚀缝隙腐蚀n 金属部件在介质中，由于金属与金属或金属与非金属金属部件在介质中，由于金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙之间形成特别小的缝隙(一般在一般在002501mm之之间间)，使缝隙内介质处于，使缝隙内介质处于滞流状态滞流状态。引起缝内金属的加。引起缝内金属的加速腐蚀，这种局部腐蚀称为速腐蚀，这种局部腐蚀称为缝隙腐蚀缝隙腐蚀。n 许多设备与金属构件，由于不合理的设计或加工等都许多设备与金属构件，由于不合理的设计或加工等都会造成缝隙。

34、如法兰连接面、螺母压紧面及焊缝等。会造成缝隙。如法兰连接面、螺母压紧面及焊缝等。n 几乎所有的金属和合金在各种介质中都会形成缝隙腐几乎所有的金属和合金在各种介质中都会形成缝隙腐蚀。但不同的金属在不同的介质中对腐蚀的敏感性不蚀。但不同的金属在不同的介质中对腐蚀的敏感性不同。同。具有自钝化特性的金属和合金在充气的含有活性阴具有自钝化特性的金属和合金在充气的含有活性阴离子的中性介质中最易引起缝隙腐蚀。离子的中性介质中最易引起缝隙腐蚀。缝隙腐蚀的机理缝隙腐蚀的机理 n 缝隙腐蚀的机理与孔蚀很相缝隙腐蚀的机理与孔蚀很相似，其区别主要在于腐蚀的似，其区别主要在于腐蚀的初始段初始段。孔蚀起源于自己开。孔蚀起

35、源于自己开掘的蚀孔内，而缝隙腐蚀则掘的蚀孔内，而缝隙腐蚀则发生在金属表面既存的缝隙发生在金属表面既存的缝隙中。中。n在含有活性阴离子的介质中，在含有活性阴离子的介质中，带有孔隙的易钝化合金或镀带有孔隙的易钝化合金或镀层的构件上，通常易于发生层的构件上，通常易于发生孔蚀；而几乎所有的合金只孔蚀；而几乎所有的合金只要在含有氧的各种介质中都要在含有氧的各种介质中都可能发生缝隙腐蚀。在腐蚀可能发生缝隙腐蚀。在腐蚀形态上，孔蚀的蚀孔窄而深，形态上，孔蚀的蚀孔窄而深，而而缝隙腐蚀的蚀坑则相对地缝隙腐蚀的蚀坑则相对地广而浅。广而浅。缝隙腐蚀的影响因素缝隙腐蚀的影响因素 n与孔蚀的相似。除可以采取防止孔蚀的相

36、似措施外，还与孔蚀的相似。除可以采取防止孔蚀的相似措施外，还应注意以下几点：应注意以下几点：nA)在设备、容器在设备、容器设计中设计中应尽量注意结构的合应尽量注意结构的合 理性，尽可能避免形成缝隙和积液的死角。理性，尽可能避免形成缝隙和积液的死角。nB)对不可避免的缝隙，要采取相应的保护措施。对不可避免的缝隙，要采取相应的保护措施。nC)尽量尽量控制介质中溶解氧的浓度控制介质中溶解氧的浓度，使其低，使其低 于于 。这样在缝隙处就很难形成氧浓差电池，缝隙腐蚀则难以这样在缝隙处就很难形成氧浓差电池，缝隙腐蚀则难以启动。启动。Lmol/1056(4)4)晶间腐蚀晶间腐蚀n腐蚀沿着金属或合金的晶粒边界

37、区域发展，而晶粒本体的腐蚀很腐蚀沿着金属或合金的晶粒边界区域发展，而晶粒本体的腐蚀很 轻微，称为轻微，称为晶间腐蚀晶间腐蚀。n晶间腐蚀对材料的外表不产生明显改变，却晶间腐蚀对材料的外表不产生明显改变，却使晶粒间的结合力使晶粒间的结合力 大大削弱大大削弱，严重时可使材料的强度完全丧失。，严重时可使材料的强度完全丧失。不锈钢、镍基合不锈钢、镍基合 金、铝合金、镁合金金、铝合金、镁合金等都是对晶间腐蚀敏感的材料。等都是对晶间腐蚀敏感的材料。n晶间腐蚀是一种晶间腐蚀是一种由材料微观组织电化学性质不均匀引发由材料微观组织电化学性质不均匀引发的局部的局部 腐蚀。腐蚀。贫化理论贫化理论认为，由于某种合金相在

38、晶界析出，造成晶界区某一成分认为，由于某种合金相在晶界析出，造成晶界区某一成分的贫化，致使晶界与晶内的电极电位发生变化，形成以晶界区为阳极，的贫化，致使晶界与晶内的电极电位发生变化，形成以晶界区为阳极，晶粒本体为阴极的微观腐蚀电池。晶界区的金属便以较快的速度发生溶晶粒本体为阴极的微观腐蚀电池。晶界区的金属便以较快的速度发生溶解，从而引发晶间腐蚀。解，从而引发晶间腐蚀。晶间腐蚀控制措施晶间腐蚀控制措施na)降低钢的含碳量降低钢的含碳量 钢的含碳量低于钢的含碳量低于0.08时，其对时，其对 晶间腐蚀就不具敏感性。晶间腐蚀就不具敏感性。nb)稳定化处理稳定化处理 将固溶处理后的将固溶处理后的1Crl

39、8Ni9Ti不锈钢不锈钢加热至加热至850880保温后缓冷，这样碳几乎全部稳定保温后缓冷，这样碳几乎全部稳定在在TiC中，而使（中，而使（不会再在晶界析出，不会再在晶界析出，从而提高了固溶体中的含铬量，以便彻底清除晶间腐蚀倾向。从而提高了固溶体中的含铬量，以便彻底清除晶间腐蚀倾向。n c)重新固溶处理重新固溶处理 将已发生晶间腐蚀的零部件加热至将已发生晶间腐蚀的零部件加热至l 05011 50，使晶界上铬的碳化物重新溶于奥氏，使晶界上铬的碳化物重新溶于奥氏体中，然后淬火，防止铬的碳化物再次析出，以抑制体中，然后淬火，防止铬的碳化物再次析出，以抑制晶间腐蚀。晶间腐蚀。623)(CFeCr、（5）

40、选择性腐蚀）选择性腐蚀n多元合金多元合金在电解质溶液中，由于组元在电解质溶液中，由于组元(或或 合金相合金相)之间之间电化学性质的不均匀电化学性质的不均匀，而构，而构 成腐蚀电池，电位较正的组元为阴极，成腐蚀电池，电位较正的组元为阴极，电位较负的组元成为阳极而被优先溶电位较负的组元成为阳极而被优先溶 解，这类腐蚀称为选择性腐蚀。解，这类腐蚀称为选择性腐蚀。n这类腐蚀的典型例证就是这类腐蚀的典型例证就是黄铜脱锌黄铜脱锌和和灰口铸铁灰口铸铁 的石墨化腐蚀。的石墨化腐蚀。(6)应力作用下的腐蚀应力作用下的腐蚀n不同应力状态与介质协同作用所造成的环境敏感断裂形式不同应力状态与介质协同作用所造成的环境敏

41、感断裂形式各各 不相同，据此可将它们分为不相同，据此可将它们分为应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳腐蚀疲劳和和磨损磨损 腐蚀腐蚀等。等。n 1)应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂 材料在静应力和腐蚀介质共同作用下材料在静应力和腐蚀介质共同作用下 发生的脆性开裂破坏现象称为应力腐蚀开裂，简称发生的脆性开裂破坏现象称为应力腐蚀开裂，简称应力腐应力腐 蚀蚀。危害最大的腐蚀形态之一。危害最大的腐蚀形态之一。n发生应力腐蚀的三个必要条件发生应力腐蚀的三个必要条件：敏感的合金、特定的介质敏感的合金、特定的介质和和 一定的静应力一定的静应力。n对于一定的材料，其应力腐蚀只在特定的介质中发生。这种材对于一定的材料，其应

42、力腐蚀只在特定的介质中发生。这种材 料与敏感介质的组合关系，称为料与敏感介质的组合关系，称为应力腐蚀体系应力腐蚀体系。金属材料金属材料环境介质环境介质低碳钢低碳钢低合金结构钢低合金结构钢高强度钢高强度钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢黄铜黄铜高强度铝合金高强度铝合金钛合金（钛合金（6Al，4V）NaOHNONHNOCa,)(3423NaOHSH2雨水、海水，溶液热浓的含Cl4NH海水42ON液态应力腐蚀的机理应力腐蚀的机理 n机理（机理（1）阳极溶解机理阳极溶解机理 该机理该机理认为应力腐蚀裂纹的形成与扩展是阳极通道的形成与其延认为应力腐蚀裂纹的形成与扩展是阳极通道的形成与其延伸的过程。伸的过程。阳极

43、通道形成有阳极通道形成有两种途径两种途径：一是加载之前已存在于合金：一是加载之前已存在于合金内部的易腐蚀区，如晶界、阳极性的合金相或夹杂物：另一种是应内部的易腐蚀区，如晶界、阳极性的合金相或夹杂物：另一种是应变诱发的，如裂尖前沿的高度塑性变形区。不锈钢和高强度铝合金变诱发的，如裂尖前沿的高度塑性变形区。不锈钢和高强度铝合金在含有氯离子的水溶液中的腐蚀等属于此类机理。在含有氯离子的水溶液中的腐蚀等属于此类机理。n机理（机理（2）氢脆机理氢脆机理 该机理该机理认为阴极析氢反应在金属表面形成的吸附氢原子渗入内部认为阴极析氢反应在金属表面形成的吸附氢原子渗入内部引起氢脆引起氢脆是导致应力腐蚀的主要原因

44、。高强度钢在雨水、海水以是导致应力腐蚀的主要原因。高强度钢在雨水、海水以及水溶液中的腐蚀，钛合金在海水中的应力腐蚀均属于此类机理。及水溶液中的腐蚀，钛合金在海水中的应力腐蚀均属于此类机理。应力腐蚀控制措施应力腐蚀控制措施na)正确选材正确选材 根据介质情况正确选材避免构成应力腐蚀体系，根据介质情况正确选材避免构成应力腐蚀体系，或者减轻材料对应力腐蚀的敏感性。如在含氨环境中避免使用铜合或者减轻材料对应力腐蚀的敏感性。如在含氨环境中避免使用铜合金、在海水中避免使用含钼不锈钢等。金、在海水中避免使用含钼不锈钢等。nb)合理设计、改进制造工艺合理设计、改进制造工艺 结构设计应尽量减小应力集中效结构设计

45、应尽量减小应力集中效应，制造工艺应避免造成残余拉应力。采取表面强化方法，使零应，制造工艺应避免造成残余拉应力。采取表面强化方法，使零件表面产生残余压应力，以期抵消或削弱拉应力的作用。件表面产生残余压应力，以期抵消或削弱拉应力的作用。nc)改善环境介质改善环境介质 一方面设法消除或减少介质中促进应力腐蚀的一方面设法消除或减少介质中促进应力腐蚀的有害物质有害物质(例如可通过降低冷却水与蒸汽中氯离子含量来避免不锈钢的例如可通过降低冷却水与蒸汽中氯离子含量来避免不锈钢的氯脆氯脆)；另一方面可以向介质中加入适当的缓蚀剂。；另一方面可以向介质中加入适当的缓蚀剂。nd)电化学保护电化学保护 外加电流极化，使

46、金属的电位远离应力腐蚀敏感外加电流极化，使金属的电位远离应力腐蚀敏感区。区。2)腐蚀疲劳腐蚀疲劳腐蚀疲劳腐蚀疲劳腐蚀介质和腐蚀介质和交变应力交变应力协同作用所引起的材料破坏现象。协同作用所引起的材料破坏现象。特点：特点：a)腐蚀疲劳没有真实的疲劳极限腐蚀疲劳没有真实的疲劳极限。即使交变应力很小，只要循环载荷。即使交变应力很小，只要循环载荷周次足够大，材料终究要发生断裂。通常规定，交变载荷循环周次周次足够大，材料终究要发生断裂。通常规定，交变载荷循环周次达到达到 时时，材料所承受的交变应力为其条件疲劳极限。，材料所承受的交变应力为其条件疲劳极限。b)腐蚀疲劳在任何腐蚀介质中都可能发生，但必须在交

47、变应力和腐蚀腐蚀疲劳在任何腐蚀介质中都可能发生，但必须在交变应力和腐蚀 介质同时作用的条件下，才能产生腐蚀疲劳。介质同时作用的条件下，才能产生腐蚀疲劳。C)腐蚀疲劳性能与载荷频率、应力以及载荷波形有密切关系。腐蚀疲劳性能与载荷频率、应力以及载荷波形有密切关系。载荷频载荷频率越低、应力比越大，腐蚀疲劳性能就越低；三角波、正弦波和正锯齿波率越低、应力比越大，腐蚀疲劳性能就越低；三角波、正弦波和正锯齿波的载荷波形对腐蚀疲劳性能的损害较显著。的载荷波形对腐蚀疲劳性能的损害较显著。d)腐蚀疲劳裂纹往往是多源的；与应力腐蚀相比，腐蚀疲劳裂纹的扩展很腐蚀疲劳裂纹往往是多源的；与应力腐蚀相比，腐蚀疲劳裂纹的扩

48、展很少有分叉的情况。少有分叉的情况。710腐蚀疲劳的控制措施腐蚀疲劳的控制措施na)正确选材正确选材 一般地讲，耐孔蚀的材料腐蚀疲劳性能好；一般地讲，耐孔蚀的材料腐蚀疲劳性能好；对应力腐蚀敏感的材料，其腐蚀疲劳性能则较差；而对应力腐蚀敏感的材料，其腐蚀疲劳性能则较差；而材料的机械疲劳强度与其腐蚀疲劳强度之间没有直接材料的机械疲劳强度与其腐蚀疲劳强度之间没有直接的关系。钢中的关系。钢中硫化锰杂质硫化锰杂质对腐蚀疲劳裂纹的形成最为对腐蚀疲劳裂纹的形成最为有害有害，须严格控制。，须严格控制。n b)合理设计、改进制造工艺合理设计、改进制造工艺 结构设计应避免应力集结构设计应避免应力集中。中。表面强化

49、处理和表面合金化表面强化处理和表面合金化可以显著提高腐蚀疲可以显著提高腐蚀疲劳性能。劳性能。n c)改善介质条件改善介质条件 如如封闭体系中水中的除氧以及水中封闭体系中水中的除氧以及水中添加铬酸盐等缓蚀剂添加铬酸盐等缓蚀剂均可延长钢材的腐蚀疲劳寿命。均可延长钢材的腐蚀疲劳寿命。n d)电化学保护电化学保护 阴极保护阴极保护常用于海洋环境金属结构的常用于海洋环境金属结构的腐蚀疲劳控制，效果良好。但腐蚀疲劳控制，效果良好。但不宜用于酸性介质以及不宜用于酸性介质以及有发生氢脆危险的情况。有发生氢脆危险的情况。3)磨损腐蚀磨损腐蚀 n磨损腐蚀磨损腐蚀流体介赁与金属之间或金属零件间的流体介赁与金属之间或

50、金属零件间的相对相对运动，引起运动，引起金属金属局部区域局部区域加速腐蚀破坏的现象，简称加速腐蚀破坏的现象，简称磨蚀磨蚀。n根据介质的运动特征和构件的破坏特征，磨蚀又可分为根据介质的运动特征和构件的破坏特征，磨蚀又可分为湍流腐蚀、湍流腐蚀、空泡腐蚀空泡腐蚀和和摩振腐蚀摩振腐蚀。nA)湍流腐蚀湍流腐蚀 在设备或部件的某些特定部位，在设备或部件的某些特定部位，介质介质流速急剧增大流速急剧增大形成湍流，由此造成的腐蚀形成湍流，由此造成的腐蚀 称为湍流腐蚀。湍流一方面加速了阴极去极化剂称为湍流腐蚀。湍流一方面加速了阴极去极化剂 的供应量，同时也增加了流体对金属表面的切应的供应量，同时也增加了流体对金属